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1、前言
    在水電行業土石壩建設中，運輸填筑料上壩是土石壩施工中的主要環節，該工序成本約占整個壩體施工成本的50～60%。從20世紀50年代起，隨著高強度遠程帶式輸送機的發展，在國內外土石壩施工中開始采用大型帶式輸送機代替汽車、鐵路進行長距離運輸。自60年代起又比較廣泛地采用帶式輸送機運輸上壩，特別是在填筑量大的高土石壩施工中采用較多。國外工程實踐經驗表明，采用帶式輸送機運輸的土石壩工程造價可比汽車運輸的土石壩工程造價降低40～50%，并可顯著提高施工強度，大量節約燃油，減少勞動力，少建施工道路及運輸附屬設施等。但由于國內利用帶式輸送機運輸土石料上壩的工程規模均不大，且多采用的是中、小型施工機械設備，自動化控制技術及施工管理水平較低。為了研究和論證帶式輸送機運輸土石料上壩的優勢，本文結合土石壩的施工特性，借鑒國內外已建類似工程（不局限于水電土石壩工程）的施工經驗，從技術可行性的角度對這種施工方式進行了初步的研究。
2、大型帶式輸送機的發展方向與運用
    近年來，隨著國內外電力、礦山、冶金、港口和建材等行業的發展以及機電技術的進步，促使帶式輸送機正向著大型化、大傾角和可彎曲方向發展。
2.1越來越向著大型化方向發展
    就水電行業而言，例如，采用帶寬為1600mm的帶式輸送機，當帶速達到6m/s時，最大運輸量可達12000t/h;就運輸粒徑而言，國外帶式輸送機己發展成可運輸400～800mm的大塊石。就礦山行業而言，由于綜合化采礦設備的發展、工作面生產能力的大幅度提高和大巷運輸連續化促使帶式輸送機向大型化方向發展。
    國內外土石壩工程和礦山、港口、建材行業有關工程帶式輸送機主要技術參數見表1。
2.2由于受作業場面的限制，帶式輸送機越來越向大傾角方向發展
a) 24°～28°上運帶式輸送機的結構與普通帶式輸送機相似，但增加了上托輥的槽深，以增加膠帶對物料的壓力，不使物料下滑，同時要求這類運輸機啟動和停車更加平穩，故設計了慢速啟動和功率平衡裝置。
    b) 28°以上上運帶式輸送機有以下幾種型式：管狀帶式輸送機，這種輸送機是對大傾角和可彎曲同時有要求的用得最多的一種，其優點是運量大，變角度，轉彎方便，不宜撒料，但不能中間裝載且造價昂貴。另外還有波紋擋邊帶式輸送機和壓帶式輸送機，這兩種帶式輸送機雖然提升高度大，提升角度可達90°，但是其運輸能力和輸送粒徑目前均較小。
2.3越來越向著可彎曲方向發展
    可彎曲遠程帶式輸送機具有以下優點：能越障礙，取消了令人頭痛的轉運站；能適應地形變化，即可在豎直面內彎曲，同時還可在水平面內彎曲，故土石方量大為減少；簡化了沿線高壓供電系統和監控設施，因此可降低基建投資和生產費用；與有轉運站的多條直線帶式輸送機系統相比，生產的可靠性相對較高；可避免因轉料而經常發生的撒料和環境污染問題。
3、帶式輸送機運輸石料粒徑的選擇
    帶式輸送機運輸石料的粒徑不僅關系到大壩填筑料的顆粒級配、料場開采的控制爆破水平和帶式輸送機運輸的可靠性，而且關系到運輸的技術經濟指標，由此應首先從技術可行性的角度確定較為合適的帶式輸送機運輸石料的粒徑。
3.1  確定帶式輸送機運輸石料粒徑的主要原則
    a)應滿足土石壩壩體分區對筑壩材料的最大粒徑及其含量的要求。
    b)既要技術先進又要切實可行，應與目前國內外較為先進的理論研究、設計開發、制造、安裝和運行管理水平相一致。
    c)遵循應留有余地的原則，即帶式輸送機運輸石料的最大粒徑不宜過大。
3.2帶式輸送機運輸石料粒徑的選擇
帶式輸送機允許輸送的石料粒徑取決于帶寬、帶速、槽角和傾角，也取決于物料比重、硬度和含有大塊物料的比率，還與大壩填筑料的級配有關。
    a)運輸粒徑與帶寬、大塊物料硬度及其含有比率的關系
    一般來講，帶式輸送機的帶寬越大，其所能輸送的物料粒徑就越大；物料越硬，其所能輸送的物料粒徑就越小；大塊物料含有的比率越低，其所能輸送的物料粒徑就越大。
    根據有關標準，當輸送已篩分硬巖石料時，帶寬超過1200mm后，石料的最大粒徑一般應限制在350mm，而不能隨帶寬的增加而進一步加大；當輸送未篩分石料且未篩分石料中最大粒徑含量不超過15%時，根據國內外的經驗公式，輸送帶寬度按不小于2.7～3.2倍的最大物料粒度尺寸計，據此計算，石料的最大粒徑可達800mm。
    b)運輸粒徑與帶速、槽角、傾角、物料比重及膠帶橫向剛度的關系
    一般來講，帶速越高、物料比重越大，輸送物料粒徑就越小。這是因為當物料粒徑和物料比重越大時，單塊石料的重量就越大，其對膠帶表面的沖擊荷載就越大，此時若帶速較高，就會造成單塊石料與帶面之間形成較大的速度差，從而加速帶面的磨損。
    托輥的槽角越大，帶面承載石料的有效寬度就越小，從而造成輸送物料粒徑越小。
    輸送物料的粒徑越大，物料與帶面的接觸面積以及自身的內摩擦角就越小，造成物料輸送過程中的穩定性較差，物料易沿著帶面往下翻滾和滑移，因此，帶式輸送機傾角應小一些。
    輸送物料粒徑越大，帶式輸送機的帶寬也就越大，輸送帶的橫向剛度即成槽性就越小，因此其最大粒徑應限制在一定范圍之內。
    c)運輸的可靠性
    當輸送物料的最大粒徑大到一定程度時(≥400mm)，帶式輸送機運輸的可靠性將會降低，這主要體現在兩個方面：1）運輸過程中帶式輸送機本身的安全性。它主要取決于帶速、受料點的對中性和帶式輸送機運行的跑偏程度。解決的辦法為采用較低帶速的帶式輸送機；每個轉料環節應配置轉料設備以提高卸料的對中性；提高安裝和調試的精度并安裝槽形前傾托滾和摩擦上調心托滾以降低其跑偏程度。2)轉料環節的可靠性。轉料環節越多，系統運行的可靠性就越差，應盡量減少轉料環節的數量。
    d)運輸的經濟性
    首先根據設計運輸強度確定帶寬值，然后用物料粒徑來校核，如果帶寬不能滿足粒徑要求，則可將帶寬提高一級，但是，考慮到運輸的經濟性，不能單從粒徑的角度將帶寬提高兩級或兩級以上，否則造成浪費。
    e)工程實例
    國外帶式輸送機運輸土石料上壩的工程實例見表2。綜合以上5個方面的分析可知：土石壩工程筑壩材料的最大粒徑取為600mm，盡管國內水電工程中沒有應用過，但是，理論研究及國內外有關工程實踐經驗表明，通過采取一定的技術措施，將最大運輸石料粒徑定為600mm是可行的。
4、帶式輸送機主參數的確定
    帶式輸送機的主要技術參數包括運輸強度、帶寬、帶速、帶式輸送機傾斜角度（向上運輸和向下運輸）、水平輸送長度、提升高度等。
4.1  帶式輸送機運輸強度
    a)各種填筑料小時最大填筑強度
    根據大壩填筑進度及壩面填筑施工分析所確定的壩殼料、碎石土料、過渡料和反濾料的月最大填筑強度，按實際有效施工工日分析，在考慮了壩體填筑小時不均衡系數后，按每天三班制共計20小時進行計算。
    b)帶式輸送機設計需要運輸強度
    根據上述小時最大填筑強度，在考慮了壩料運輸的損耗系數、帶式輸送機綜合時間利用系數以及帶式輸送機運行時的維護、檢修等影響因素后，確定帶式輸送機的運輸強度。
4.2帶式輸送機寬度
    帶寬取決于運輸強度、物料粒度及其分布狀況，并與膠帶的橫向剛度有關。運輸強度越高、物料最大粒徑及其所占比例越大，則所需帶寬越大，當帶寬超過一定寬度后，需采取增加膠帶橫向剛度的措施。
    土石壩工程帶式輸送機運輸的石料最大粒徑不宜超過600mm(300～600mm的含量小于15%)，根據膠帶寬度應是運輸物料最大粒徑的三倍關系，確定運輸壩殼料帶式輸送機的最小寬度是1800mm，然后根據帶速校核帶式輸送機的額定運輸能力是否能夠滿足設計運輸強度要求；對于碎石土料運輸線、反濾料及過渡料運輸線的帶式輸送機，其運輸粒徑均屬常規粒徑，其帶寬主要取決于設計運輸強度。
4.3帶式輸送機速度
    帶速不僅受到運輸強度的限制，而且還受到帶寬、輸送物料特性、具體裝料條件以及托輥承載平穩性和承載能力的限制。目前，國內帶式輸送機最高帶速達到5m/s。對于遠程帶式輸送機，小帶寬、高帶速最為經濟，而大帶寬、低帶速最便于輸送機工作，帶速越高對加料的要求也越高。當帶寬一定時，設計運輸強度越大，選擇的帶速就越高，當帶速超過該帶寬所對應的最大帶速時，就要選擇更高一級的帶寬；當裝料條件一定時，輸送物料的粒徑越大、磨蝕性越高，選擇的帶速就越低，因為大粒徑、高磨蝕性、高帶速更容易加劇受料處膠帶表面的磨損以及物料從輸送槽中溢出。
    根據以上分析，壩殼料的粒徑較大、磨蝕性較高，從運輸的安全性和可靠性角度出發，2.0～2.5m/s的帶速較為合適；對于運輸其它填筑材料，由于均屬于常規粒徑，主要從運輸的經濟性角度出發，可采用2.5～4.Om/s的較高帶速。
4.4傾斜角度
帶式輸送機沿著運行方向的最大傾斜角度主要取決于被運輸的散狀物料的特性（特別是安息角）和粒度分布狀況、散狀物料與膠帶帶面之間的動摩擦角、帶速、托輥的槽角等。被運輸物料的安息角越大、粒徑越小且分布得越不均勻，則帶式輸送機可有更大的傾角；物料與帶面之間的動摩擦角越大，則帶式輸送機的傾角越大，一般來講，向上輸送時的允許傾角比其動摩擦角要小10°～15°；較低帶速運行或較短的帶式輸送機可用較大的傾角。
    根據理論研究和實際工程經驗，結合土石壩工程所運填筑材料的特性，確定傾斜向上輸送時，石料允許最大傾角為15°，土料允許最大傾角為18°；傾斜向下輸送時，允許最大傾角為向上輸送時允許最大傾角的80%。
4.5帶式輸送機長度
    根據目前國內生產的輸送帶的強度等級和質量狀況，結合土石壩施工對帶式輸送機的運輸要求，經分析研究后確定：帶式輸送機水平運輸時模擬長度一般在3000～4000m之間，傾斜運輸時模擬水平長度一般在1000～1500m之間，提升高度在40～100m之間。
5、帶式輸送機直接運輸上壩方式
5.1  影響帶式輸送機上壩方式的因素和選擇原則
    影響帶式輸送機上壩方式的因素主要有水工樞紐建筑物的布置及壩體設計、導流建筑物的布置、壩區地形及地質條件、施工分期及上游水位變化情況、施工現場的具體布置條件、上壩運輸強度等。
    根據土石壩施工的一般規律和影響帶式輸送機上壩方式的諸因素，確定原則如下：
    a)上壩帶式輸送機運輸線路的規劃與布置應與壩體填筑過程中的施工分期、分區以及上游水位的上升過程相適應，并且能夠與來自料場的主運輸帶式輸送機相銜接。
    b)上壩帶式輸送機運輸線路的平面布置應盡量順直，以較少數量的帶式輸送機和轉折點將填筑材料運送上壩。
    c)上壩運輸系統中的岸坡帶式輸送機應盡量避免穿過大壩防滲體深槽，盡量避免與壩區主體建筑物的施工發生干擾。
    d)上壩帶式輸送機運輸線路終端的卸料裝置應能夠隨著壩面的上升而連續自動提升，當提升了一定高度后，還能夠整體移置。
    e)應盡量減少上壩帶式輸送機對壩面作業的施工干擾，帶式輸送機的支撐結構應穩定可靠，注意施工安全。
5.2帶式輸送機上壩方式的擬定
    帶式輸送機上壩方式一般有沿岸坡布置帶式輸送機上壩、沿壩坡布置帶式輸送機上壩、岸坡與壩坡相結合布置帶式輸送機上壩等形式。可大致擬定3種上壩方式，它們分別為：a）沿壩坡呈“之”字形架設可伸縮棧橋式帶式輸送機上壩方式（簡稱“方式1”）；b)移動式斜坡帶式輸送機沿壩坡回轉上壩方式（簡稱“方式2”）；c）溜井接帶式輸送機運輸平洞再接塔帶機轉料上壩方式（簡稱“方式3”）。
5.3帶式輸送機上壩方式的比選
各種上壩方式主要特點及適用條件比較見表3。
    從表中可以看出，“方式1”除了設備投資偏大、施工運行費用稍高外，其余各個方面均較其它幾種方式為優。
5.4上壩帶式輸送機終端卸料（堆料）方式的選擇
    a)終端卸料（堆料）方式
    土石料經上壩帶式輸送機運輸上壩后，為了使壩坡的帶式輸送機運輸（連續輸送）與壩面的汽車運輸（間斷輸送）相配套，需在壩面的某個位置設一終端卸料（堆料）裝置，通過該裝置，自卸汽車可將土石料轉運至壩面各個填筑區段。本工程共擬定了以下三種終端卸料（堆料）方式：
    1)方式1：上壩帶式輸送機→定點臂架升降式堆料機→移動式轉料倉-+自卸汽車
    2)方式2：上壩帶式輸送機→定點臂架升降式堆料機→壩面雙翼移動式膠帶裝卸機→自卸汽車
    3)方式3：上壩帶式輸送機→定點臂架升降式堆料機→搖臂式堆料機→調節料堆→裝載機+自卸汽車
b)終端卸料（堆料）方式的選擇各種終端卸料（堆料）方式的轉運特點及適用條件比較見表4。
    從表中可以看出，“方式2”不適合于帶式輸送機從低處進入壩面的高土石壩施工，尤其不適合于大粒徑堆石料轉運；“方式3”不適合于高強度的土石壩施工；只有“方式1”較為適合于高填筑強度、高土石壩工程的施工。
5.5國內外工程類比分析
    根據目前所收集掌握的資料表明，國外高土石壩工程采用帶式輸送機運輸上壩時，較多采用了在壩面（或壩前）設置移動式轉料倉（斗），再由汽車運至填筑工作面的方式。例如墨西哥的奇科森心墻土石壩工程就是如此，它采用了“上壩帶式輸送機一移動式帶式輸送機一移動式轉料倉一自卸汽車”的循環流水作業方式。國外部分高土石壩工程施工的相關資料見表5。從工程實踐經驗看，“方式1”的上壩方式及終端卸料方式盡管在國內沒有被應用過，但在國外已有成功應用的實例，并積累了豐富的工程經驗，依我國目前的機械制造及施工管理水平，該方式應是現實可行的。
6、帶式輸送機運輸線的工藝流程
    根據上述推薦的上壩方式和終端卸料方式，大壩各種填筑料的帶式輸送機運輸工藝流程如下：a)壩殼料主干帶式輸送機運輸線路一般為2條，起到互為備用的作用。其運輸工藝流程為“料場→主干遠程帶式輸送機→上壩帶式輸送機→定點臂架升降式帶式輸送機一移動式轉料倉一自卸汽車”。b）碎石土料主干帶式輸送機運輸線路為l條，為確保主干遠程帶式輸送機檢修時不間斷向壩上供料，在主干帶式輸送機運輸線頭部設置一定堆存容量的土料堆場。其運輸工藝流程為“自卸汽車→料場內帶式輸送機→主干遠程帶式輸送機→土料堆場→上壩帶式輸送機→定點臂架升降式帶式輸送機→移動式轉料倉→自卸汽車”。c）過渡料與反濾料主干帶式輸送機運輸線路合為1條。其運輸工藝流程為“自卸汽車（或溜井）→主干遠程帶式輸送機→上壩帶式輸送機→定點臂架升降式帶式輸送機→移動式轉料倉→自卸汽車”。
7、結束語
    通過對大型帶式輸送機在國內外土石壩工程中運用的初步研究，得出如下體會：
    a)在高山峽谷地區，隨著高土石壩筑壩技術的發展，對如何將土石料連續，高效、大運量和經濟地運輸上壩提出了更高要求。帶式輸送機的大跨度技術進步，為其在土石壩施工運輸中的運用提供了技術保障。
    b)大型帶式輸送機最大運輸粒徑和主要技術參數是對其進行設計計算、工藝布置、正常使用的基礎。理論研究及國內外工程實踐經驗表明，通過采取一定的技術措施，將最大運輸石料粒徑定為600mm是可行的。
    c)帶式輸送機直接運輸上壩方式是土石壩施工中的另一關鍵技術難題，經初步研究，認為沿壩坡呈“之”字形架設可伸縮棧橋式帶式輸送機上壩方式較為可行。
    d)上壩帶式輸送機終端卸料裝置是帶式輸送機直接運輸上壩方式中必不可少的組成部分，也是土石壩施工中的又一關鍵技術難題，經初步研究，認為在壩面（或壩前）設置移動式轉料倉（斗），再由汽車運至填筑工作面的方式較為可行。
    e)本文僅僅根據國內外土石壩工程施工的發展趨勢，在利用大型帶式輸送機輸送大粒徑石料直接上壩方面，進行了初步的嘗試。研究中發現的問題和不足：1）當石料粒徑為≥400mm的超常規粒徑時，在較高的帶速下，帶式輸送機的可靠性會受多大影響，怎樣減少這種影響；2）轉料環節轉料方式的選擇和轉載站的結構形式設計；3）上壩帶式輸送機及其終端卸料裝置的單體設計等。這些將在以后和同行們共同研究解決。